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& TECHNOLOGY Vol. 23, No. 1, 68-73, 2010
네모파 전압전류법에 의한 Cimetidine 주사액의 정량분석
이수정·한영희
★상명대학교 화학과
(2009. 12. 22. 접수, 2009. 1. 21. 승인)
Determination of cimetidine injection by square wave voltammetry
Soo Jung Lee and Younghee Hahn★
Department of Chemistry, Sangmyung University, Seoul 110-743, Korea (Received December 22, 2009; Accepted January 21, 2009)
요 약: Cimetidine·HCl 함유주사액에대한네모파전압전류법(SWV) 분석방법을개발하고자인산염완
충용액(pH 3.01~8.97)을지지전해질로하여 5.00×10−4 M의 cimetidine·HCl용액에대하여 SWV를실행한결
과 cimetidine의구조내 -C=N-C≡N-의전기화학적환원으로추정되는하나의환원봉우리는 Ep가 -0.051V/
pH씩이동하여수소가관여함을나타내었다. Cimetidine·HCl을정량분석하기위하여세가지인산염완 충용액을지지전해질로하여농도범위 1.00×10−5 M~5.00×10−3 M에서검량곡선을작성할때기울기는
127,407nA/M(pH 3.01), 115,125nA/M(pH 5.00) 및 111,287nA/M(pH 7.00)이었으며, 상관계수 R2값 0.9997
의좋은직선성을나타내었다. 타그마주®앰플을표준물첨가법으로 SWV 정량분석할때하루중정밀 도(n=4)는분석시료제조당일에 1 앰플당 cimetidine의함량이 203±3.8mg(규정된함량의 102%)으로 RSD 1.9%로나타났으며, 5일에걸친날짜간정밀도(n=4)는 1.3%이내의 RSD를보여정밀도가합리적이었다.
Abstract: In order to develop the square wave voltammetric method determining cimetidine in an ampoule for injection, 5.00×10−4 M cimetidine·HCl solutions prepared with phosphate buffers of various pH values (3.01~8.97) were investigated by SWV. The well defined single peak due to the electrochemical reduction of -C=N-C≡N- in the structure of cimetidine moved towards the cathodic direction by -0.051V/pH as the pH values were increased indicating the involvement of hydrogen in its reduction. The calibration curves of cimetidine·HCl in the concentration range between 1.00×10−5 M and 5.00×10−3 M prepared using three phosphate buffers yielded the slopes of 127,407nA/M (pH 3.01), 115,125nA/M (pH 5.00) and 111,287nA/M (pH 7.00) with excellent linearities of R2 0.9997. When one ampoule of Tagma Inj.® was analyzed by standard addition method by SWV, the within-day precision study (n=4) on the day of sample preparation resulted in the contents of cimetidine as 203±3.8 mg (102% of the specified contents, RSD of 1.9%) and the inter-day precision (n=4) through 5 days was reasonable as 1.3% of RSD.
Key words: cimetidine·HCl, square wave voltammetry, electrochemical reduction of -C=N-C≡N-
≥
≥
★
Corresponding author
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1. 서 론
Cimetidine은히스타민 H2-수용체길항제로위산분 비를억제함으로서역류성식도염, 위·십이지장궤양 치료에 널리사용되어왔다. 의약품 제제에함유된
cimetidine의공정서정량분석법으로미국약전(USP)1
과 대한약전(KP)2에서는 220 nm의 자외선검출기를
장착한고성능액체크로마토그래프(HPLC/UV)법으로
분석을실행하며인산수용액과 methanol의부피비가
80:20인이동상 용액과 C18결합정지상을사용한다. Cimetidine 약에대하여 KP에서는이약을아세트산
무수물에녹여과염소산으로전위차적정을한다. 혈장
이나뇨시료에함유된 cimetidine은고상추출법또
는액체추출법으로분리한후 HPLC/UV법으로정량 하는방법이주류를 이루고있다.3-5 의약품제제중
cimetidine의 분석법으로 pH 5.9 acetic/acetate 완충용
액중에서이약물과 Cu(II)의녹색착물형성에기반
을 둔 분광광도 분석법,6 PVC막과 cimetidine-pho- sphotungstate 이온쌍착물을 혼입한 cimetidine 이온
선택성전극을사용한전위차법7 및 Co(II)와착물을
이루는 cimetidine의펄스차이폴라로그래피(DPP) 거
동에기반을둔정량분석법8이문헌에보고된바있다.
이 DPP법8으로는 cimetidine의분자(Fig. 1) 내에포함
된 -C=N-, -C≡N-과 -C=C-의환원에기인한봉우리들 이잘정의되지않아정량분석에활용할수없어서이 약물을함유한 0.1M KCl용액에 Co(II)를첨가하여포 화칼로멜기준전극(SCE)에대하여 -0.980 V에서나
타나는 cimetidine의촉매성환원에기인한봉우리를
정량에이용하였다. 본연구에서는 DPP보다주사속도 가빠른네모파전압전류법(SWV)을사용하여순수한
cimetidine의전기화학적거동을연구하고착물형성이
나유기용매를사용하지않고 cimetidine 그자체의전
기활성에 기반을 둔 새로운 전기화학 분석법을
cimetidine 주사액에대하여개발하고자하였다.
2. 실 험
2.1. 기기전기화학측정은 EG & G Instruments의 Model 394 Electrochemical Trace Analyzer와 Model 303A Static Mercury Drop Electrode (SMDE)를사용하였으며작업 전극은 매달린 수은 방울전극(hanging mercury drop electrode:HMDE), 기준전극은 Ag/AgCl (sat. KCl), 보 조전극은 Pt-선이었다.
2.2. 시약 및 용액
시약은모두 1급이상분석용시약을사용하였으며
용액은 ELGA Purelab Classic 초순수제조장치를통
과시켜물의전기저항이 18.0 MΩ이상인순수를사용 하여 제조하였다. 지지전해질은 Sigma사의 sodium phosphate dibasic (Na2HPO4, ACS reagent, >=99.0%)
을사용하여 0.200 M 농도로제조한후진한 HCl (ACS reagent, Sigma-Aldrich Co.)로 pH를 3~9로 조절하였 다. HMDE의수은(Hg)은 Merck 사에서구입한특급 시약을사용하였다. Cimetidine·HCl 표준용액은 Sigma
사에서구입한 cimetidine (C10H16N6S)을칭량한후같
은 mole수의 1.00 M HCl을 첨가하여 1.00×10−2 M
cimetidine·HCl을 제조하고 지지전해질 용액으로
1.00×10−5 M~5.00×10−3 M의 cimetidine·HCl 표준용액을 제조하였다. Cimetidine 주사제분석용액은삼성제약공 업주식회사의타그마주®(1앰플 2 mL 중 cimetidine 200 mg 함유) 1 앰플을 pH 7.00 인산염완충용액으로 1000 mL가되게희석하였다. USP에의하면 cimetidine 주사 제는 cimetidine·HCl의주사용멸균수용액이며표지된
C10H16N6S 함량의 90.0%~110.0%로규제하고있다.
2.3. 실험방법
Cimetidine의전기화학적 거동을조사하기위하여
pH 3.01, 4.08, 5.00, 6.01, 7.00, 8.00, 8.97의 인산염
완충용액으로 5.00×10−4 M cimetidine·HCl용액을각각 제조하여 SWV를실행하였다. 이 cimetidine·HCl용액 약 7 mL를 cell용기에넣은후 HMDE, Ag/AgCl 기준 전극및 Pt-선보조전극을담그고, 고순도질소가스를
10분동안주입하여탈기시킨후용액위에질소기류
를만들어주면서실험을진행하였다. 실험조건은초 기전압(IP); -0.1 V, 최종전압(FP); -0.8 V, scan increment;
4 mV, equilibration; 30 s, frequency; 5 Hz, pulse height;
25 mV이었으며, 수은 방울의 크기는 large size (A=
0.1092 cm2)이었다. Cimetidine·HCl 표준용액에대한검
Fig. 1. Structure of cimetidine F.M. 252.34(C10H16N6S) 2- Cyano-1-methyl-3-[2-[[(5-methylimidazol-4-yl) methyl]- thio]ethyl]guanidine.
량곡선은 pH 3.01, pH 5.00 및 pH 7.00의인산염완충
용액으로 1.00×10−5 M~5.00×10−3 M 농도의 cimetidine·
HCl용액을각각제조하여동일한실험조건에서 SWV
를실행하였다. 주사액중 cimetidine함량을측정하기 위하여타그마주® 1 앰플(2 mL)을 pH 7.00 인산염완 충용액으로 1000 mL로희석하여분석시료용액으로 사용하였다. 분석시료용액을정확히 7.00 mL를취하 고 N2 gas로 10분간탈기시킨후동일한실험조건에 서 SWV를 실행하고 연이어 micropipet을 사용하여 한번에 100.0 µL 씩 1.00×10−2 M cimetidine·HCl 표준
용액을연속적으로첨가하면서동일한전압 범위내 에서 SWV를각각실행하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1. pH 변화에 따른 cimetidine·HCl의 봉우리 전위 (peak potential; Ep) 변화
pH 변화에따른 cimetidine·HCl의전기화학적거동 을알아보기위하여다양한 pH (3.01, 4.08, 5.00, 6.01,
7.00, 8.00, 8.97)의인산염완충용액으로각각제조한
5.00×10−4 M의 cimetidine·HCl 분석용액에대하여 -0.1V
에서 -0.8 V까지 SWV를실행하였다. Fig. 2와Table
1에나타난바와같이 cimetidine은잘정의된하나의 환원봉우리를 나타내었고 봉우리 전위(Ep)는 pH가
3.01에서 8.97로증가할수록음의 전위방향으로이동
하였다. pH 변화에 따른 cimetidine의 Ep를Fig. 3과 같이도시하였을때기울기는 -0.0513 V/pH이며상관
계수의제곱(R2)은 0.9990으로직선성을보였다. 이
는 cimetidine의 구조중 side chain의 -C=N-C≡N-의
환원으로추정되며이전기적환원에수소가관여함
을나타낸다. Imidazole핵은폴라로그래피로 측정할
때불활성인것으로보고된바있다.9 또한환원봉우 리전류(Ip)는 pH 3.01에서 Ip=59.565 nA로가장 큰 전기적활성을보였으며그다음으로는 pH 5.00에서
Ip=53.689 nA, pH 4.08에서 Ip=52.586 nA, pH 7.00에 서 Ip=47.656 nA로크게나타났고, pH 8.00, pH 6.01, pH 8.97의순서로 Ip가감소하였다.
3.2. 인산염 완충용액(pH 3.01, 5.00, 7.00) 중 cimetidine·HCl의 봉우리 전류(peak current; Ip) 변화
Cimetidine·HCl의농도변화에따른봉우리전류(Ip)를
알아보기위해 pH 3.01, 5.00 및 7.00의인산염완충용 액을지지전해질로각각 1.00×10−5 M~5.00×10−3 M 농 도범위의 cimetidine·HCl용액을제조하고 SWV를실행 하여검량곡선을작성하였다. 각농도의 cimetidine·HCl
용액에대하여 Ip를 8회반복측정하여평균, 표준편차,
상대표준편차(Relative standard deviation:RSD (%)) 값 을Table 2에나타내었다.
3.2.1. 검량곡선(Calibration curves)
Cimetidine·HCl 용액의농도에대하여 각농도에서
Fig. 2.SW Voltammograms of 5.00×10−4 M cimetidine·HCl in the phosphate buffers of various pH values. (a) 3.01 (b) 4.08 (c) 5.00 (d) 6.01 (e) 7.00 (f) 8.00 (g) 8.97
Table 1. Ep and Ip values of 5.00×10−4 M cimetidine·HCl in the phosphate buffers of various pH values
pH Ep (V) Ip (nA)
Ave. ± SD (n=5) Ave. ± SD (n=5) 3.01 -0.192 ± 0.000 59.565 ± 0.295 4.08 -0.248 ± 0.000 52.586 ± 0.642 5.00 -0.300 ± 0.000 53.689 ± 0.546 6.01 -0.348 ± 0.000 40.831 ± 0.148 7.00 -0.396 ± 0.000 47.656 ± 0.631 8.00 -0.444 ± 0.000 47.085 ± 0.373 8.97 -0.504 ± 0.000 34.500 ± 0.585
Fig. 3. Dependence of Ep of cimetidine·HCl on the pH values of supporting electrolytes.
8회측정의평균 Ip값을도시하여검량곡선을작성할 때Fig. 4에보여진바와같이세가지지지전해질로 제조한 cimetidine·HCl 용액의검량곡선식과상관계 수 R2값은다음과같았다: pH 3.01 인산염완충용액; Ip(nA)=127,407(nA/M)C(M)+6.2(nA), R2=0.9997, pH 5.00 인산염완충용액; Ip(nA)=115,125 (nA/M)C(M)+
3.2(nA), R2=0.9999, pH 7.00 인산염완충용액; Ip (nA)
=111,287 (nA/M)C (M)+2.0 (nA), R2=0.9999로서 세
가지지지전해질모두매우좋은직선성을보였다. 본
연구의 SWV법은 1.0×10−5 M~1.0×10−2 M 범위에서직 선성을나타내는전위차법7과 2.5×10−6 M~1.0×10−3 M
범위에서직선 성을나타내는 분광광도법6과비교되 며, 이두방법보다착물을형성시키지않으므로분석 과정이더단순하다. Cimetidine-Co(II) 착물을형성시 켜 DPP로분석한 방법은 0.2×10−6 M~7.70×10−6 M범 위에서직선성을보여주었다.8
3.2.2. 정밀도 검사(Precision studies)
Table 2에나타난 바와같이 pH 3.01 인산염 완충
용액으로 제조한 5.00×10−5 M~5.00×10−3 M 범위의 cimetidine·HCl 용액을각농도에대하여 8회반복측
정하여서 정밀도를 검사하였을 때 5.00×10−5 M와 1.00×10−4 M에서 RSD는 각각 2.5%이었고 1.00×10−3 M에서의 RSD는 1.4%, 그외다른농도에서는 RSD
가 0.9%이하인 좋은 정밀도를나타내었다. pH 5.00
인산염완충용액에서는 1.00×10−5 M~5.00×10−3 M 범
위의 cimetidine·HCl 용액에 대하여 정밀도를 측정
(n=8)하였을때낮은농도인 1.00×10−5 M에서 RSD가
2.9%이었고 5.00×10−5 M, 1.00×10−4 M에서 RSD는각 각 2.5%, 2.3%이었고 다른 높은 농도에서는 RSD가
0.8%이하인좋은정밀도를나타내었다. pH 7.00 인산염
완충용액에서는각농도에대하여 8회반복측정의정
밀도를검사하였을때 RSD는 1.00×10−5 M에서 2.6%, 5.00×10−5 M에서 1.8%, 1.00×10−4 M에서 2.1%, 5.00×10−4 M에서 1.7%, 1.00×10−3 M에서 2.2%, 5.00×10−3 M에서
0.5%로 합리적인정밀도를 나타내었다. Cimetidine-
Cu(II) 착물형성에기반을둔분광광도법은한가지농
도 5×10−4 M cimetidine용액을 10번반복실험했을때
0.5%의 RSD를보고하였다.6
3.2.3. 검출한계(Detection limit)
최소검출농도는 8회반복측정한가장낮은농도
의 cimetidine·HCl 용액의 Ip 표준편차신호의 3배를
선형검정곡선의기울기로나눈값으로계산하였다.10 pH 3.01 인산염완충용액에서의 cimetidine·HCl 검출
한계농도는 6.43×10−6 M 이었으며 pH 5.00과 pH 7.00
완충용액에서의검출한계농도는모두 4.04×10−6 M의 농도로나타났다. Cimetidine-Cu(II) 착물을형성시켜 분광광도법으로측정시검출한계는 9.5×10−7 M 이었고
cimetidine-이온선택성전극을사용한전위차법에서
검출한계는 5.0×10−6 M로 SWV법과유사하였다.
3.3. 표준물 첨가법에 의한 cimetidine·HCl 주사액의 정량
삼성제약공업주식회사의타그마주®(1앰플 2 mL 중
Table 2. Ip values with different concentrations of cimetidine·HCl in the phosphate buffers (pH at 3.01, 5.00 and 7.00)
Conc. (M) Ip(nA) at pH 3.01 Ip(nA) at pH 5.00 Ip(nA) at pH 7.00
Ave.±SD(n=8) RSD; % Ave.±SD(n=8) RSD;% Ave.±SD(n=8) RSD; %
1.00×10−5 5.355±0.155 2.89 5.714±0.150 2.63
5.00×10−5 11.139±0.273 2.45 8.473±0.213 2.52 8.496±0.153 1.80
1.00×10−4 17.732±0.444 2.50 12.886±0.294 2.28 11.367±0.235 2.07 5.00×10−4 65.402±0.585 0.895 63.762±0.531 0.833 57.591±0.970 1.68 1.00×10−3 141.845±2.014 1.420 116.533±0.776 0.666 111.314±2.501 2.247 5.00×10−3 642.054±5.474 0.853 578.922±1.949 0.337 558.901±2.693 0.482
Fig. 4. Calibrations curves of cimetidine·HCl in the phosphate buffers of different pH values.
cimetidine 200 mg 함유)를 pH 7.00 인산염완충용액 으로 500배희석하여분석시료용액으로사용하였다.
분석시료용액 7.000 mL를 N2 gas로 10분간탈기시키 고 SWV를 -0.1 V에서 -0.8 V까지실행한후 1.0×10−2 M cimetidine·HCl 표준용액을한번에 100.0 µL 씩분
석시료용액에연속적으로첨가하면서동일한전압범 위내에서 SWV를실행하였다. 표준물첨가법에의한
타그마주®의 SW voltammogram이 Fig. 5에, data가 Table 3에나타나있으며, 분석시료용액중 cimetidine·
HCl의정량은Fig. 6와같이 X-축에첨가한표준물의 농도{1.0×10−2 M×(Vs/Vo); Vs=표준물의부피, Vo=분석
시료의부피)에대하여 Y-축에보정된봉우리전류{측 정 Ip×(V/Vo); V=Vo+Vs}를도시하여 X-절편의 절대 값, 즉 Y=0일때 X의 절대값을 분석시료 용액중
cimetidine·HCl의농도로정하였다.11
3.3.1. 하루 중 정밀도(Within-day precision) 검사 정밀도검사를위하여분석시료용액을제조후당 일, 1일후, 3일후, 5일후에하루 4회씩반복실험한결
과를Table 4에나타내었다. 하루중정밀도(Within- day precision)는제조당일에는 1 앰플당 cimetidine의
함량이 203±3.8 mg으로 RSD 1.9%로나타났으며, 1
일 후에는 199±3.2 mg으로 RSD 1.6%, 3일 후에는
197±1.8 mg으로 RSD 0.9%, 5일후 일 때는 198±1.0 mg으로 RSD 0.5%로하루 중 정밀도는 0.5~1.9%의
RSD로우수하였다. 제약회사에서제시한하나의앰플 당 cimetidine의 함량은 200 mg이고 분석 결과는
197~203 mg으로 규정된함량의 99~102%이다. USP
의규정은 1 앰플당 cimetidine의함량이명시된함
량의 90.0~110.0% 사이에있어야하므로타그마주®는 USP의규정을만족한다.
3.3.2. 날짜 간 정밀도 검사(Inter-day precision) 날짜간정밀도검사(Inter day precision)를위하여 타그마주®의분석시료용액을제조한후 5 일간보존 Fig. 5. SW voltammograms of cimetidine·HCl in the sample
solution and standard added solutions (a) 0 mL (b) 0.100 mL (c) 0.200 mL (d) 0.300 mL (e) 0.400 mL (f) 0.500 mL of 1.0×10−2 M cimedtidine·HCl was added into 7.000 mL of the analyte solution made from a Tagma Inj.®
Table 3. SW voltammetric data of the analyte solution prepared from a Tagma Inj.® and its standard added solutions added 1.0×10−2 M
Cimetidine·HCl (mL) Ep(V) Ip(nA)
0 -0.408 108.827
0.100 -0.404 126.901
0.200 -0.404 144.048
0.300 -0.400 160.132
0.400 -0.400 177.554
0.500 -0.400 193.194
Fig. 6. Determination of cimetidine·HCl in a Tagma Inj.® by standard addition method.
Table 4. Precision studies of the standard addition method for a Tagma Inj.® Cimetidine Ave.±S.D. (n=4)
Conc. (M) in the analyte solution Contents (mg) in a tablet Exp./Spec. (%)
0 day 8.04×10−4±1.49×10−5 203±3.8 102±1.9
1 day after 7.87×10−4±1.27×10−5 199±3.2 100±1.6
3 days after 7.82×10−4±7.09×10−6 197±1.8 99±0.9
5 days after 7.83×10−4±3.89×10−6 198±1.0 99±0.5
하면서반복실험을하였다. 타그마주®의분석시료용
액은제조한후 5일동안분해되지않았으며제조당
일, 제조후 1일, 3일그리고 5일에각분석시료용액 을 4회반복실험하여얻은평균 1앰플당 cimetidine
의함량에대하여 날짜간정밀도를계산하니이주 사액 1앰플 중 cimetidine함량은 199±2.6 mg(RSD;
1.3%)이었다. 이와 같은결과로 볼 때타그마주®를
SWV로 정량분석 할 때 하루 중 정밀도(within-day
precision)와날짜 간정밀도(inter-day precision)는합 리적인결과를나타내었다.
4. 결 론
위·십이지장궤양치료제로사용되는 cimetidine 주 사액은 cimetidine·HCl의 주사용 멸균 수용액이다. Cimetidine·HCl을 인산염 완충용액(pH 3.01~8.97)을 지지전해질로하여 SWV를실행한결과 cimetidine의
구조 내 -C=N-C≡N-의전기화학적환원으로추정되
는환원봉우리는 Ep가 -0.051 V/pH씩이동하여수소 가관여함을나타내었다. Cimetidine·HCl을정량분석
하기위하여 pH 3.01, pH 5.00, pH 7.00의인산염완
충용액을 지지전해질로 하여 농도범위 1.00×10−5 M~5.00×10−3 M에서 평균 Ip (n=8)를 cimetidine·HCl의
농도에대하여도시하였을때기울기는 127,407 nA/
M (pH 3.01), 115,125 nA/M (pH 5.00) 및 111,287 nA/
M (pH 7.00)이었고 상관계수 R2값모두 0.9997 이상 으로 좋은 직선 성을 나타내었다. 또한 정밀도는
1.00×10−5 M (pH 5.00; 2.9%, pH 7.00; 2.6%), 5.00×10−5 Μ(pH 3.01 및 pH 5.00; 2.5%)과 1.00×10−4 M (pH 3.01;
2.5%)를제외하고모든 농도에서 2.3%이하의합리적
인 RSD값을나타내었고 검출한계 농도는 4×10−6 M
~6×10−6 M 이었다. Cimetidine·HCl 함유주사액인타
그마주® 1앰플을 pH 7.00 인산염완충용액으로 500
배희석하여만든분석 시료용액을표준물 첨가법으
로 SWV 정량분석 할 때 제조당일에는 1 앰플 당
cimetidine의함량이 203±3.8 mg으로 RSD 1.9%로나 타났으며, 날짜간정밀도검사(시료제조당일과 1일 후, 3일후, 5일후)를행하였을때에도 1.3%이내의상
대표준편차(RSD (%))를보여정밀도가합리적이었다.
이는 USP의 cimetidine 주사액의 규정, 1 앰플 당 cimetidine의함량이명시된함량의 90.0~110.0%,에포 함되므로네모파 전압전류법(squre wave voltammetry:
SWV)의분석방법이 cimetidine 주사액의정량분석에 성공적으로적용될수있고 SWV법은착물을생성시 켜야하는기존의 DPP법또는분광광도법보다간편
하며신속하고 HPLC법보다적은비용으로실행할
수있는장점을제공한다.
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